高考化学化工流程全突破专题07化工流程中物质的结晶知识讲解.docx

高考化学化工流程全突破专题07化工流程中物质的结晶知识讲解.docx

《高考化学化工流程全突破专题07化工流程中物质的结晶知识讲解.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考化学化工流程全突破专题07化工流程中物质的结晶知识讲解.docx（13页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

高考化学化工流程全突破专题07化工流程中物质的结晶知识讲解

专题07化工流程中物质的结晶

化工生产过程中分离提纯、除杂等环节，与高中化学基本实验的原理紧密联系，包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、烘干，或蒸馏、萃取、分液等基本实验操作及原理，并要熟悉所用到的相关仪器。

1.蒸发、反应时的气体氛围抑制水解：

如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时，应在HCl的

气流中加热，以防其水解。

⑴　蒸发浓缩、冷却结晶：

如除去KNO3中的少量NaCl。

⑵　蒸发结晶、趁热过滤：

如除去NaCl中的少量KNO3。

2.溶解法：

利用特殊溶剂把杂质溶解而除去，如Fe（Al）可用过量的NaOH溶液而除去Al，CO2（HCl、H2O）先通过饱和食盐水，再通过浓H2SO4。

3.沉淀法：

a.加合适的沉淀剂（要使杂质离子充分沉淀，加入的沉淀剂必须过量，且在后续步骤中容易除去）；b.调节溶液的酸碱性。

4.洗涤法：

a.水洗；b.冰水洗；c.有机溶剂洗。

其目的是：

洗去目标物表面的杂质离子；减少目标物的溶解损耗或增大有机杂质的溶解量；防止目标物形成结晶水合物；使晶体快速干燥。

一、物质结晶的一般步骤

典例1铬铁矿（FeCr2O4）中含有Al2O3、Fe2O3等杂质，以铬铁矿为原料制备重铬酸钾（K2Cr2O7）的工艺流程示意图如下（部分操作和条件略）：

（1）铬铁矿（FeCr2O4）改写为氧化物的形式为___________________。

（2）反应①中发生了两个主要反应，其中一个主要反应的化学方程式为4FeCr2O4+8Na2CO3+7O2

8Na2CrO4+2Fe2O3+8CO2；另一个主要反应的化学方程式为______________________________。

（3）写出反应②中生成固体B的离子方程式为_________________________________。

（4）pH<5时，发生反应有__________________（写离子方程式），Na2Cr2O7+2KCl=K2Cr2O7↓+2NaCl。

下表是相关物质的溶解度数据：

物质

溶解度

（g/100gH2O）

0℃

40℃

80℃

KCl

28

40.1

51.3

NaCl

35.7

36.4

38

K2Cr2O7

4.7

26.3

73

Na2Cr2O7

163

215

376

①加入KCl固体后经一系列操作析出K2Cr2O7晶体的理由是____________。

②获得K2Cr2O7晶体的操作由多步组成，依次是加入KCl固体、蒸发浓缩、________________、_____________、洗涤、干燥得到晶体。

（5）某种酒精测试仪中，K2Cr2O7在酸性条件下将乙醇氧化为乙酸，自身被还原为三价铬离子，该反应的氧化剂与还原剂的物质的量比为_________________。

（6）含铬废渣（废水）的随意排放对人类生成环境有极大的危害，电解法是处理铬污染的一种方法，电解时，在阴极区有Fe（OH）3和Cr（OH）3沉淀生成（已知Ksp[Fe（OH）3]=4.0×10—38，Ksp[Cr（OH）3]=6.0×10—31）。

已知电解后的溶液中c（Cr3+）为3.0×10—5mol/L，则溶液中c（Fe3+）为________________mol/L。

【答案】FeO·Cr2O3Na2CO3+Al2O3

2NaAlO2+CO2↑AlO2—+CH3COOH+H2O=Al（OH）3↓+CH3COO—2CrO42-+2H+

Cr2O72-+H2OK2Cr2O7的溶解度比Na2Cr2O7小，且温度对氯化钠的溶解度影响较小，但对重铬酸钾的溶解度影响较大，利用复分解反应在低温下可以得到重铬酸钾冷却结晶过滤2:

32.0×10—12

二、根据物质的溶解度特点选择结晶方法

典例2工业上，以钛铁矿（主要含FeTiO3，还含有Fe2O3和Al2O3、SiO2等杂质）为原料制备二氧化钛并得到副产品绿矾（FeSO4·7H2O）的工艺流程如下图所示。

已知：

TiO2+在一定条件下会发生水解。

回答下列问题：

（1）要提高酸浸时钛矿石的溶解速率，可行的措施是（写一条即可）_______________。

黑钛液中生成的主要阳离子有TiO2+和Fe2+，步骤①主要反应的化学方程式是_________。

（2）步骤②中，加入铁粉的主要作用是_____，同时也会将部分TiO2+还原为Ti3+。

（3）向滤液2中通入空气的目的是______（用离子方程式表示）。

（4）请结合化学用语用化学平衡理论解释步骤④中加入热水稀释将TiO2+转化为Ti（OH）4的原因:

_________________。

（5）副产品绿矾中含有杂质[Al2（SO4）3]。

要将副产品进一步提纯，请结合右图的绿矾溶解度曲线完成提纯过程：

将副产品溶于稀硫酸中，充分搅拌后，用NaOH溶液调节反应液的pH约为5，过滤沉淀后得到FeSO4溶液，______，过滤，用冰水洗涤，低温干燥，得到FeSO4·7H20晶体。

（6）用氧化还原滴定法测定制备得到的产品中TiO2的质量分数：

在一定条件下，将一定量的产品溶解并将TiO2还原为Ti3＋，再以KSCN溶液作为指示剂，用硫酸铁铵[NH4Fe（SO4）2]标准溶液滴定Ti3＋至全部生成Ti4＋。

①滴定终点的现象是_______________。

②滴定分析时，称取TiO2试样0.2g，消耗0.1mol/LNH4Fe（SO4）2标准溶液24.00mL，则TiO2的质量分数为_______________。

【答案】粉碎矿石或加热反应物或及时搅拌等FeTiO3＋2H2SO4

FeSO4＋TiOSO4＋2H2O将Fe3+转化为Fe2+并防止Fe2＋被氧化4Ti3++O2+2H2O

4TiO2++4H+TiO2+在溶液中水解：

TiO2++3H2O

Ti（OH）4+2H+△H＞0，当加入热水稀释、升温后，平衡正向移动，生成Ti（OH）4加热浓缩得到60℃的饱和溶液，再冷却至室温（或0℃）结晶滴入最后⼀滴标准溶液时,锥形瓶内溶液变成红色,且半分钟不褪色96%

三、根据不同物质的溶解度差异选择结晶方法

典例3某铬铁矿主要成分是FeO·Cr2O3，含有FeCO3、SiO2、Fe3O4等杂质，现由该铬铁矿制备强氧化剂Na2Cr2O7 的流程如下：

已知：

常温下，Ksp[Fe（OH）3]=1.0×10-38，Ksp[Cr（OH）3]=6.3×10-30

回答下列问题：

（1）物质B为______________， 溶液E为____________________。

（2）溶液G中经检测不含H2O2的可能原因是_________________________。

（3）若步骤Ⅵ调节pH后，c（Cr3+）=6.3mol/L，则pH范围是______________（离子浓度不大于1.0×10-5mol/L即可认为沉淀完全）。

（4）步骤Ⅶ发生的离子方程式为________________________________________。

（5）Na2Cr2O7和Na2SO4的溶解度随温度变化的曲线如下图所示，步骤Ⅷ中操作a为___________、__________________。

（6）若称取mg该铬铁矿，其中FeO·Cr2O3的质量分数为70%，最终制得n gNa2Cr2O7固体，则该过程中Cr元素的转化率为____________________________。

【答案】Fe3O4NaHCO3过量的H2O2，被Fe3+催化分解3≤pH＜4

7H2O+3S2O32-+2Cr3+=6SO42-+Cr2O72-+14H+加热浓缩趁热过滤

×100%

四、考虑物质的水解选择结晶方法

典例4铍铜是广泛应用于制造高级弹性元件的良好合金。

某科研小组从某废旧铍铜元件（含BeO:

25%、CuS:

71%、少量FeS和SiO2）中回收铍和铜两种金属的工艺流程如下:

已知:

I.铍、铝元素化学性质相似

II.常温下:

Ksp[Cu（OH）2]=2.2×10-20、Ksp[Fe（OH）3]=4.0×10-38、Ksp[Mn（OH）2]=-2.1×10-13

（1）滤液A的主要成分除NaOH外，还有_____（填化学式），写出反应I中含铍化合物与过量盐酸反应的离子方程式_____________。

（2）①溶液C中含NaCl、BeCl2和少量HCl，为提纯BeCl2，选择最合理步骤顺序______。

a.加入过量的NaOHb.通入过量的CO2c.加入过量的氨水

d.加入适量的HC1e.过滤f.洗涤

②从BeCl2溶液中得到BeCl2固体的操作是________________。

（3）①MnO2能将金属硫化物中的硫元素氧化为硫单质，写出反应II中CuS发生反应的化学方程式______________。

②若用浓HNO3溶解金属硫化物，缺点是____________（任写一条）。

（4）溶液D中含c（Cu2+）=2.2mol/L、c（Fe3+）=0.008mol/Lc（Mn2+）=0.01mol/L，逐滴加入稀氨水调节pH可依次分离，首先沉淀的是___（填离子符号），为使铜离子开始沉淀，常温下应调节溶液的pH值大于____。

【答案】Na2SiO3、Na2BeO2BeO22-+4H+=Be2++2H2Ocefd在氯化氢气流中蒸发结晶（或蒸发结晶时向溶液中持续通入氯化氢气体）MnO2+CuS+2H2SO4=S+MnSO4+CuSO4+2H2O产生污染环境的气体Fe3+4

【解析】考查化学工艺流程，

（1）旧铍铜原件的成分BeO、CuS、FeS、SiO2，根据信息I，BeO属于两性氧化物，CuS不与氢氧化钠溶液反应，FeS不与氢氧化钠反应，SiO2属于酸性氧化物，能与氢氧化钠溶液反应，因此滤液A中主要成分是NaOH、Na2SiO3、Na2BeO2；根据信息I，BeO2－与过量盐酸反应生成氯化

五、比较物质的溶解度大小，解释得到晶体的原因

典例5以电石渣[主要成分为Ca（OH）2和CaCO3]为原料制备KClO3的流程如下：

（1）氯化过程控制电石渣过量、在75℃左右进行。

氯化时存在Cl2与Ca（OH）2作用生成Ca（ClO）2的反应，Ca（ClO）2进一步转化为Ca（ClO3）2。

①电石与H2O反应的化学方程式为___________________。

生成Ca（ClO）2的化学方程式为___________________。

②提高Cl2转化为Ca（ClO3）2的转化率的可行措施有________（填序号）。

A．适当加快通入Cl2速率

B．充分搅拌浆料

C．加水使Ca（OH）2完全溶解

（2）氯化过程中Cl2转化为Ca（ClO3）2的总反应方程式为：

6Ca（OH）2＋6Cl2===Ca（ClO3）2＋5CaCl2＋6H2O，氯化完成后过滤。

75℃时Ca（ClO）2进一步转化为Ca（ClO3）2的反应方程式为__________________。

滤渣的主要成分为________（填化学式）。

（3）向滤液中加入稍过量KCl固体可将Ca（ClO3）2转化为KClO3的原因是________。

若溶液中KClO3的含量为100g·L－1，从该溶液中尽可能多地析出KClO3固体的方法是_______________。

【答案】CaC2＋2H2O=C2H2↑+Ca（OH）22Cl2＋2Ca（OH）2===CaCl2＋Ca（ClO）2＋2H2OB3Ca（ClO）2===2CaCl2＋Ca（ClO3）2CaCO3、Ca（OH）2四种离子组合成的四种盐中KClO3的溶解度最小蒸发浓缩、冷却结晶

六、评价物质结晶的实验方案

典例6信息时代产生的大量电子垃圾对环境造成了极大的威胁。

某“变废为宝”学生探究小组将一批废弃的线路板简单处理后，得到含70%Cu、25%Al、4%Fe及少量Au、Pt等金属的混合物，并设计出如下制备硫酸铜晶体的路线：

回答下列问题：

（1）第①步Cu与酸反应的离子方程式为_______________________________________；得到滤渣1的主要成分为________________。

（2）第②步加入H2O2的作用是______________________________________，使用H2O2的优点是______________________________________________；调节pH的目的是使_______________生成沉淀。

（3）用第③步所得CuSO4·5H2O制备无水CuSO4的方法是_______________________。

（4）由滤渣2制取Al2（SO4）3·18H2O，探究小组设计了三种方案：

上述三种方案中，______方案不可行。

【答案】Cu＋4H＋＋2NO3－

Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O或3Cu＋8H＋＋2NO3－

3Cu2＋＋2NO↑＋4H2OAuPt把Fe2＋氧化为Fe3＋该氧化剂的优点是不引入杂质，产物对环境无污染Fe3＋和Al3＋加热脱水甲

【解析】

（1）稀硫酸、浓硝酸混合酸后加热，Cu、Al、Fe发生反应生成Cu2＋、Al3＋、Fe2＋；所以滤渣1的成分是